Skip to content

Attosekundenlaser – kürzere Pulse, schnellere  Dynamiken und kleinere Strukturen

Warum und zu welchem Zweck werden Laser benötigt, deren Pulsdauer kürzer als eine Femtosekunde (1 fs = 1 * 10-15 s) ist?

Bereits mit Femtosekundenlasern ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelungen, die Bewegungen von Atomkernen unter anderem in Molekülen zu verstehen. Sie senden keinen dauerhaften Laserstrahl aus, sondern kontinuierlich Pulse von einer Länge im Femtosekundenbereich (1 fs = 1*10-15 s, Femtosekunden bereich bedeutet: 1–999 fs). Um die deutlich kleineren und somit auch schnelleren Elektronen zu beobachten, sind Femtosekundenlaser allerdings zu langsam. Dafür benötigt man Pulslängen im Attosekundenbereich (1 as = 1 * 10-18 s = 0,000 000 000 000 000 001 s). Um mit den Attosekunden-Laserpulsen Forschung zu betreiben, muss jeder Puls in einem Zug aus Pulsen möglichst gleich sein. Es gelang 2001 erstmalig, solche Pulse kontrolliert im Labor zu erzeugen, und das Verfahren wurde seither weiterentwickelt.

Messmethoden im  Attosekundenbereich

Da bei Messungen mit Attosekundenlaserpulsen die Heisenberg’sche Unschärferelation relevant wird, können Elektronendynamiken nicht mehr im klassischen Bild der Physik gemessen werden. Sie besagt, dass Ort und Impuls (und damit Geschwindigkeit) eines quantenmechanischen Teilchens zur selben Zeit nicht beliebig genau gemessen werden können. Somit müssen auch Messmethoden im Attosekundenbereich im Vorhinein mit Blick auf diese Unschärferelation entwickelt werden. Eine möglichst genaue Auflösung des Impulsraums liefert dabei die „Velocity-Map Imaging“-Methode (VMI), mit einem Photoelektronen- Emissions- Mikroskop (PEEM) hingegen kann der Ort zu einem gewissen Zeitpunkt möglichst genau untersucht werden.

VMI-Methode

Die VMI-Methode wird unter anderem verwendet, um die Attosekunden- Streakkamera zu entwickeln. Diese Kamera ermöglicht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, mithilfe eines Attosekun den- Laser pulses ein Elektron aus dem zu untersuchenden System zu ionisieren. Dieses Elektron wird durch einen zweiten Laserpuls im infraroten Spektrum beschleunigt und schlussendlich detektiert. Die Beschleunigung des Elektrons hängt unter anderem auch von Materialkonstanten ab. Durch Veränderung der Zeit zwischen den beiden Pulsen kann so ein Bild der Ionisationsdynamik der Probe gewonnen werden.

Oberflächenplasmonen

Die Photoelektronen-Emissions-Mikroskopie wird von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verwendet, um die Reaktion von Elektronen auf einen einfallenden Laserpuls zu beobachten. Goldnanopartikel zum Beispiel verhalten sich ganz anders als massives Gold. Kennt man den goldenen Schimmer des Edelmetalls von Schmuck, denken hingegen wenige bei roten Kirchenfenstern an Gold, aber hier ist es „nanoklein“. In solchen Nanopartikeln werden Elektronen durch das elektrische Feld des einfallenden Lichts kollektiv verschoben. Es kommt unter den Elektronen zu kohärenten Schwingungen, Oberflächenplasmonen genannt. Diese werden dann mit einem zweiten Laserpuls, dem Attosekundenpuls, „foto gra fiert“. Variiert man wiederum die Zeit zwischen dem anregenden und dem abfragenden Laserpuls, kann man erkennen, wie solche Verschiebungen zu Stande kommen.

Jeanette Gehlert, Deutsches Jungforschernetzwerk – juFORUM e.V.


Deutsches Jungforschernetzwerk:

Das Deutsche Jungforschernetzwerk –  juFORUM e. V. ist ein Verein, der den  produktiven Austausch zwischen  wissenschaftlich interessierten jungen  Menschen fördert. In ihm engagieren  sich Jungforscher für Jungforscher. www.juforum.de


Literatur- und Linktipps:

F. Krausz, M. Ivanov: Attosecond  physics. Review of Modern Physics 81,  163–234 (2009).

Max-Planck-Institut für Quantenoptik:  www.attoworld.de

Beitrag teilen:

Facebook
Twitter
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Welcome Collection London
19. Juli, 2024
Wie groß ist der Radius der Erde? Fallen alle Objekte mit derselben Geschwindigkeit? Und warum erscheinen die Farben eines Regenbogens immer in der gleichen Reihenfolge? Bei all dem Wissen, das uns das Internet heute in Sekundenschnelle wie auf einem goldenen Tablett präsentiert, vergessen wir allzu oft, welch jahrhundertealte Geschichte hinter so manchen Fakten steckt – und wie viel Versuch und Irrtum.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (12)
18. Juni, 2024
Eine auf den ersten Blick völlig unförmige Figur wird um eine Achse gedreht. Plötzlich nimmt ihr Schatten die Gestalt einer aus einer Kindersendung wohlbekannten Maus an. Dreht man sie weiter, erscheinen nacheinander die beiden besten Freunde der Maus: ein Elefant und eine Ente. Wie kann das sein?
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (11)
28. Mai, 2024
Inmitten der fortschreitenden Debatte über nachhaltige Mobilität ist der Verbrennungsmotor nach wie vor ein zentraler Akteur auf deutschen Straßen und macht den Verkehrssektor zu einem der größten CO2-Verursacher. Um den Klimawandel zu stoppen, müssen wir den CO2-Ausstoß jedoch reduzieren. Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft und Geothermie anstelle von fossilen Brennstoffen könnte genau dazu beitragen. Der Verkehrssektor könnte durch die Umstellung von Verbrennungsmotoren auf Elektroantriebe oder sogenannte E-Fuels nahezu emissionsfrei sein und somit die Umwelt und das Klima schützen und das Leben auf unserem Planeten nachhaltiger gestalten.
Blogbeitrag_Fachkräftemangel
14. Mai, 2024
Obwohl die Digitalisierung ist in den letzten Jahrzehnten viele Bereiche unseres Lebens verändert hat, ist die Integration digitaler Technologien in Bildungseinrichtungen noch nicht so weit fortgeschritten, wie es sich so manche Lehrkraft und so manche Schüler:in wünschen würde. Dabei werden ebendiese Schüler:innen von heute die IT-Fachkräfte von morgen sein.
TED-Talk_Bildung_Header_1920x1080
28. Februar, 2024
Wenn wir uns für ein bestimmtes Thema interessieren und dazu unser Wissen erweitern möchten, ist unsere erste Anlaufstelle oft das Internet, gefolgt von Podcasts, Wissensvideos oder Sachbüchern. TED Talks haben in den vergangenen Jahren in Deutschland zwar sicherlich an Bekanntheit gewonnen, fristen jedoch verglichen mit ihrer Popularität in englischsprachigen Ländern wie den USA oder Großbritannien noch immer ein Schattendasein – das jedoch völlig zu Unrecht.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023 (4)
11. Januar, 2024
Es ist ein hübsches Spiel für geduldige Kinder: Auf einer Holzplatte ist ein Kreis aufgezeichnet, und auf dem Umfang dieses Kreises sind in gleichmäßigen Abständen p – 1 Nägel eingeschlagen, wobei p in der Größenordnung von einigen Hundert liegt und am besten eine Primzahl ist. Die Nägel n sind fortlaufend nummeriert. Die Aufgabe besteht darin, für alle n von 1 bis p – 1 einen Faden von Nagel n zu Nagel 2n zu ziehen.
Header_MZ Blogbeitrag_04-2023
20. Dezember, 2023
Seit ein Artikel in der New York Times im Dezember 2017 über ein geheimes Programm zur Erforschung von unbekannten Luftphänomenen (UAP) im US-Verteidigungsministerium berichtete, häufen sich die Nachrichten zu UAP. Ein ehemaliger Geheimdienstoffizier sagte nun vor dem Kongress aus, dass die USA sogar im Besitz „intakter, nicht menschlicher Technologie“ seien. Sollte uns eine außerirdische Intelligenz besuchen, könnte diese Erkenntnis die Menschheit jedoch in eine kosmische Krise stürzen.
Header_Entdeckt_02-2023 (20)
5. Dezember, 2023
Albert Einsteins Relativitätstheorie dient heute als Werkzeug: Erstmals wurde die Masse eines Sterns anhand der Deformation seiner Raumzeit ringsum gemessen. Schon 1912 hatte Einstein entdeckt, wie ein Stern durch seine Schwerkraft die Lichtstrahlen eines anderen, viel weiter entfernten Sterns geringfügig verbiegt. Weil der Ablenkwinkel winzig ist, schrieb er 1936, nachdem er diesen Gravitationslinseneffekt erneut untersucht hatte: „Selbstverständlich besteht keine Hoffnung, das Phänomen zu beobachten.“
Header_Entdeckt_02-2023 (14)
8. November, 2023
Mit Platz für sieben reguläre Besatzungsmitglieder und einer ununterbrochenen menschlichen Präsenz seit Oktober 2000 ist die Internationale Raumstation (ISS) die größte und erfolgreichste Raumstation aller Zeiten. Ihre Zukunft jedoch wird immer ungewisser.
Header_Entdeckt_02-2023 (4)
10. Oktober, 2023
Je größer die Frequenz einer schwingenden Klaviersaite, umso höher ist der Ton, den der Mensch hört. Allerdings steigt die Tonhöhe nicht gleichmäßig mit der Frequenz an, sondern wird vom Gehör logarithmisch abgeflacht.
Header_Entdeckt_02-2023 (3)
27. September, 2023
Der Tag hat noch gar nicht richtig angefangen, da haben wir schon tausend Dinge im Kopf: schnell anziehen, frühstücken, zur Arbeit hetzen … Kaum dort angekommen, füllt sich der Schreibtisch schneller als ein Fußballstadion beim Finale der Weltmeisterschaft. Der Kopierer streikt, das Meeting wurde vorverlegt und der Kaffee ist alle. Nach nur zwei Stunden Arbeit ist man direkt wieder reif für das Bett, weil man letzte Nacht schon wieder kaum geschlafen hat.
MZ-2023_Beitragsbild (1)
15. September, 2023
Digital First, Textverstehen zweitrangig? Der Eindruck könnte entstehen, wenn man das Leseverhalten von Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit den Ergebnissen der empirischen Leseforschung kontrastiert. Denn die Leseforschung sagt, dass wir anspruchsvolle Sachtexte weniger gut verstehen, wenn wir sie digital lesen. Befragt nach ihren Lesegewohnheiten berichten aber Studierende, dass sie mehr als 80  Prozent ihrer Lesezeiten vor dem Bildschirm verbringen. Belletristik wird hingegen lieber auf Papier gelesen als auf dem E-Reader. Dabei gibt die Leseforschung mit Blick auf die narrativen Texte Entwarnung: Ein Nachteil ist mit der digitalen Lektüre nicht verbunden.